采用被動(dòng)熱交換的實(shí)驗(yàn)室冷凝器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于冷凝氣體的冷凝器。所述冷凝器包括：內(nèi)管(1)，其具有貫穿其中的孔道(3)；外管(2)，其具有貫穿其中的孔道(8)和兩個(gè)端部，內(nèi)管(1)穿過(guò)外管(2)的孔道；以及位于外管的每個(gè)端部的密封件(15、16)。外管具有外肋片和內(nèi)肋片并被密封至內(nèi)管，從而在內(nèi)管和外管之間限定了密封的空間(11)。空間(11)適配于容納與內(nèi)管(1)和外管(2)相接觸的液體。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種使用所述冷凝器冷凝氣體的方法、一種使用所述冷凝器制備化學(xué)品的工藝以及一種適配于組裝到所述冷凝器內(nèi)的套件。
【專利說(shuō)明】采用被動(dòng)熱交換的實(shí)驗(yàn)室冷凝器
[0001] 本發(fā)明涉及冷凝器，以及一種使用冷凝器的方法。
[0002] 人們經(jīng)常需要將氣體凝聚成液體。這通常是通過(guò)降低氣體溫度至其沸點(diǎn)以下來(lái)實(shí) 現(xiàn)。
[0003] 在某些情況下，需要液態(tài)到氣態(tài)的相變，并作為分離反應(yīng)混合物組分的一種手段 (例如，蒸發(fā)或蒸餾）。在這種情況下，通常需要將蒸汽或氣體從液相中分離，然后將其轉(zhuǎn)化 回液相并單獨(dú)地收集到反應(yīng)混合物的剩余組分。通常使用冷凝器將蒸汽或氣體轉(zhuǎn)化回液 體，從而使其可以被收集。
[0004] 在其他情況下，相變可能導(dǎo)致反應(yīng)組分不合需求的損失，進(jìn)而需要一種防止這些 組分損失的方法。在這種情況下，需要以蒸汽或氣體能夠返回至原反應(yīng)混合物的方式，將其 轉(zhuǎn)化回液體。通常使用冷凝器將蒸汽或氣體轉(zhuǎn)化回液體。將裝置直接放置于反應(yīng)器皿上方 并與之連接，可使凝結(jié)的蒸汽或氣體返回至反應(yīng)器。該過(guò)程通常被稱為回流。
[0005] 在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置中，冷凝器通常是風(fēng)冷式，帶有一段處于本地溫度下的管（典型為 玻璃），或水冷式，帶有一段被外套環(huán)繞的管（典型亦為玻璃），外管有流水流過(guò)。后一種冷 凝器的一個(gè)典型例子是著名的利氏冷凝器。
[0006] 人們發(fā)現(xiàn)風(fēng)冷式冷凝器不是特別有效，由于它依賴于將熱量從玻璃管直接轉(zhuǎn)移至 大氣。對(duì)直型風(fēng)冷式冷凝器的改進(jìn)可見(jiàn)于韋氏冷凝器，其中管的內(nèi)表面具有很多突出物，這 些突起增加了待凝結(jié)氣體所流經(jīng)的表面積。
[0007] 水冷式冷凝器可更有效地發(fā)揮作用，但需要持續(xù)的水流以便運(yùn)轉(zhuǎn)。水正變?yōu)橐环N 越來(lái)越昂貴和稀缺的資源，而實(shí)驗(yàn)室的水排放也變得越來(lái)越復(fù)雜，成本也越來(lái)越高。
[0008] 專利號(hào)為4187903的美國(guó)專利中提供了一種水冷式冷凝器，其中水冷卻劑通過(guò)一 個(gè)閉合的環(huán)循環(huán)，經(jīng)過(guò)利氏冷凝器的外套和帶有散熱器的外部部件。然而，這樣的效率很 低，因?yàn)榇思夹g(shù)需依賴在液體中渦流的形成來(lái)啟動(dòng)水循環(huán)。申請(qǐng)文件中也提出在空氣冷凝 器上直接安裝散熱器，但這又引出了如何將散熱器與玻璃冷凝器連接或結(jié)合以便實(shí)現(xiàn)有效 熱交換的重要問(wèn)題。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種冷凝器用以冷凝氣體，包括：
[0010] 內(nèi)管，其具有貫穿其中的孔道；
[0011] 外管，其具有貫穿其中的孔道及兩個(gè)端部，所述內(nèi)管穿過(guò)所述外管的孔道；以及 [0012] 位于所述外管的每個(gè)所述端部的密封件，其將所述外管密封至所述內(nèi)管，從而在 所述內(nèi)管和所述外管之間限定了密封的空間，其中所述空間包含或適配于包含與所述內(nèi)管 和所述外管相接觸的液體。
[0013] 同樣地，通過(guò)提供一個(gè)充有液體的密封空間，使內(nèi)管到外管的熱傳導(dǎo)得到加強(qiáng)，而 無(wú)需直接將外管設(shè)置在內(nèi)管上；內(nèi)管孔道內(nèi)蒸汽的熱量可通過(guò)內(nèi)管被移除，傳遞至外管，然 后輻射出去。由于液體被封在密封空間內(nèi)，因此不必持續(xù)地提供替換水或者處理排水。
[0014] 由于進(jìn)行本次發(fā)明，我們了解到一些針對(duì)我們首次英國(guó)專利申請(qǐng)而被引用的現(xiàn)有 技術(shù)。
[0015] 專利JP62284193涉及一種用來(lái)在夜間或日間制冰（或保溫）并利用儲(chǔ)存的熱/ 冷在不同時(shí)間影響環(huán)境/建筑的系統(tǒng)。系統(tǒng)的局部為壁間有高熱容量的液體或固體材料的 雙壁管，并且肋片從外管延伸至內(nèi)管并從內(nèi)管延伸至外管。肋片從外管的外表面延伸。內(nèi) 管的內(nèi)部沒(méi)有肋片。內(nèi)管和外管均為金屬。熱或冷的液體流動(dòng)通過(guò)內(nèi)管，熱量從管間的儲(chǔ) 熱材料中被散發(fā)或吸收。該技術(shù)啟示是關(guān)于一種高熱容的熱存儲(chǔ)，不是在化學(xué)反應(yīng)體系中 凝結(jié)蒸汽。
[0016] 專利DE4033677涉及注塑機(jī)。其與在實(shí)驗(yàn)室/化學(xué)反應(yīng)體系中回流蒸汽無(wú)任何關(guān) 系。外觀上它沒(méi)有任何肋片，且以金屬制成，沒(méi)有玻璃內(nèi)管。
[0017] 專利US4187903和GB1588119涉及一種奧德里奇空氣流量系統(tǒng)。它們沒(méi)有我們所 使用的特征的組合，且為我們所改進(jìn)的現(xiàn)有技術(shù)。
[0018] 專利US2005/155748涉及車輛的熱交換機(jī)。其帶有通過(guò)泵送流經(jīng)外管和內(nèi)管間空 腔的冷卻油。在內(nèi)管和外管之間的空間里沒(méi)有載液主體，不帶有用以泵送冷卻液的進(jìn)出口。 這與在內(nèi)管內(nèi)凝結(jié)蒸汽無(wú)關(guān)。該發(fā)明以全金屬結(jié)構(gòu)為主。只有在內(nèi)管和外管空腔內(nèi)具有肋 片，沒(méi)有從外管向外延伸，以及在內(nèi)管向內(nèi)延伸。該專利主要針對(duì)露出的端頭配件?？瓷先?不是真正的風(fēng)冷系統(tǒng)。
[0019] 專利JP59142381是另一個(gè)在兩流動(dòng)液體間交換熱量的熱交換機(jī)。這與帶有大量 儲(chǔ)熱交換流體的氣冷機(jī)完全不同。其不涉及凝結(jié)蒸汽。沒(méi)有用于風(fēng)冷的外部肋片。
[0020] 專利US2008/277092是另一無(wú)肋片的熱交換機(jī)。其具有用于冷卻的循環(huán)氣體，且 與將流體的儲(chǔ)熱容量作為熱交換系統(tǒng)的概念相去甚遠(yuǎn)。其與冷凝無(wú)關(guān)，且使用循環(huán)液體制 冷劑通過(guò)靜態(tài)傳導(dǎo)流體。
[0021] 專利US2006/107682是一空調(diào)裝置的另一部分。其涉及從高壓液態(tài)制冷劑提取熱 量至流動(dòng)液體或至空氣。其沒(méi)有肋片，也沒(méi)有進(jìn)行冷凝。
[0022] 專利KR20100132212涉及一種用于冷卻流動(dòng)液體的熱交換機(jī)，而不是對(duì)任何物質(zhì) 的冷凝。使用的材料與對(duì)我們來(lái)說(shuō)重要的材料不同。
[0023] 回到本發(fā)明的討論，典型地，外管設(shè)有多個(gè)內(nèi)肋片，延伸至空間內(nèi)。外管也可設(shè)有 多個(gè)外肋片，從外管的外表面向外延伸。外肋片會(huì)增加向本地大氣的熱損失，而內(nèi)肋片會(huì)增 加向外管的熱傳導(dǎo)。每一個(gè)內(nèi)或外肋片可為脊?fàn)畹?，以便增加它們的表面積。
[0024] 優(yōu)選地，外管的內(nèi)肋片的長(zhǎng)度滿足其不會(huì)接觸到內(nèi)管的表面。這是為了使內(nèi)管和 外管之間限定的空間中的流體/液體獲得良好循環(huán)。也避免了管的膨脹問(wèn)題（例如，金屬 和玻璃的不均勻膨脹）。至少在一些實(shí)施例中，限制在兩個(gè)管之間空間內(nèi)的液體的連通流動(dòng) /液流有利于整體的熱傳導(dǎo)，并且我們不希望使流體被完全分割成區(qū)從而將其過(guò)多地阻隔。 [0025] 優(yōu)選地，外管使用導(dǎo)熱材料形成。導(dǎo)熱材料可包括金屬材料，例如鋁。鋁的優(yōu)勢(shì)在 于，它可被便利地?cái)D壓或軋制以形成內(nèi)肋片和外肋片，并且它是熱的良導(dǎo)體。其他可用的材 料包括銅和鋼。
[0026] 液體典型地為具有良好熱傳導(dǎo)性能的導(dǎo)熱液體，以從內(nèi)管盡快地移除熱量。液體 可為水。水相對(duì)低廉和充足，尤其是封在空間內(nèi)的水不會(huì)被持續(xù)地替換。其作為熱導(dǎo)體的 功能也是可被接受的。作為替代品，油，例如硅油，甘油醇或合成油可作為液體，因?yàn)樗鼈兪?更好的熱導(dǎo)體，但價(jià)格更高。
[0027] 典型地，液體將大體上充滿空間，優(yōu)選地為幾乎完全充滿空間（例如，99%，95%， 90%或85%充滿空間）。很可能液體會(huì)充滿至少一半空間。
[0028] 內(nèi)管可能暴露在高水平的化學(xué)物質(zhì)、蒸汽和一般的腐蝕性材料下，因此必須由具 有高化學(xué)惰性的材料形成。進(jìn)一步地，它必須表現(xiàn)出好的熱傳導(dǎo)性能。
[0029] 內(nèi)管可由玻璃形成，典型地為硼硅玻璃。玻璃是化學(xué)惰性的，并且價(jià)格低廉。在多 數(shù)實(shí)施例中，內(nèi)管需是化學(xué)惰性的，否則其中的熱冷凝蒸汽（或蒸汽中含帶的化學(xué)品）會(huì)將 其腐蝕，并且需要的化學(xué)反應(yīng)會(huì)被內(nèi)管的材料污染。惰性材料，例如金或鉬，技術(shù)上可為可 接受的，但商業(yè)上造價(jià)過(guò)高。更廉價(jià)的金屬，例如鋁或鋼，如果涂覆有如含氟聚合物涂層等 化學(xué)惰性涂層，也可使用，但這種涂層可能難于涂覆，也易機(jī)械損傷。我們優(yōu)選玻璃。內(nèi)管 可在其孔道內(nèi)形成突起；這些突起增加了內(nèi)孔道的表面積，為氣體在其上凝結(jié)提供更大的 面積，并且擾亂氣流通過(guò)孔道。同樣地，內(nèi)管可包括韋氏冷凝器。
[0030] 內(nèi)管的外表面可能帶有凹痕和/或凸起。這可以增加暴露于內(nèi)管和外管之間流體 的外管表面積，增強(qiáng)了熱傳導(dǎo)。
[0031] 在一些實(shí)施例中，內(nèi)管在其壁上可帶有向內(nèi)延伸的凹痕，凹痕既形成了向內(nèi)延伸 至內(nèi)管內(nèi)空間的凸起，也形成了在內(nèi)管的外表面向內(nèi)凸起的凹陷。凹陷/凹痕增加了內(nèi)管 的外表面與處在內(nèi)管和外管之間空間內(nèi)的熱傳導(dǎo)冷卻液之間的接觸，也增加了內(nèi)管的內(nèi)表 面與被冷凝的液體/蒸汽間的接觸面積。
[0032] 在一些實(shí)施例中，但不是所有實(shí)施例中，內(nèi)管可針對(duì)至少一個(gè)密封件設(shè)置鍵，該/ 每個(gè)密封件抵靠住對(duì)應(yīng)的鍵進(jìn)行密封。該/每個(gè)鍵在內(nèi)管的外徑中可包括凸出部。該/每 個(gè)密封件可包含第一部件及第二部件，它們適配于凸出部的任一側(cè)并互相接合。第一部件 可抵靠住內(nèi)管進(jìn)行密封，第二部件可抵靠住外管進(jìn)行接合。密封劑可施于第一部件和內(nèi)管 之間、第一部件和第二部件之間，以及第二部件和外管之間。
[0033] 在一些實(shí)施例中，外管2的縱向地軸向間隔的端部帶有圍繞外管內(nèi)表面的螺紋耦 合結(jié)構(gòu)120。圖12和13示出了此實(shí)施例。螺紋端部密封件122,可能為塑料材質(zhì)，旋擰入 連接構(gòu)件并將外管的端部封閉，橋連至內(nèi)管（其延伸穿過(guò)密封件）的外表面。密封件122 可由兩個(gè)組件組成：旋擰入外管的端部并密封至外管的第一組件124,以及以密封方式連 接至第一組件的第二組件126,并且其同樣適配于密封至內(nèi)管的外表面。內(nèi)管可在其與端 部密封件接合的部位具有光滑的圓柱形外表面。在此實(shí)施例中，第一組件124通過(guò)液體涂 覆并凝固的密封劑化合物，例如高溫硅酮密封劑化合物，密封至（金屬）外管。在此實(shí)施例 中，第二組件126通過(guò)液體涂覆并凝固的密封劑化合物，例如高溫硅酮密封劑化合物，密封 至（玻璃）內(nèi)管。彈性墊圈或其它密封件可被提供用以與內(nèi)管接合，墊圈被保持在第一和 第二組件之間。
[0034] 端部密封件122可設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)平的表面140 (平面），平面徑向地設(shè)置于外 管外的肋片的圓柱形包絡(luò)的外部。平面有助于阻止組裝完畢的冷凝器在工作臺(tái)上放置時(shí)發(fā) 生滾動(dòng)。這有助于防止冷凝器從工作臺(tái)上墜落并發(fā)生損壞。平面140優(yōu)選地被設(shè)置于第二 組件126的外圓周?？捎欣?個(gè)平面環(huán)繞圓周。
[0035] 端部密封件可由非反應(yīng)性的塑料材料制成，例如乙縮醛。
[0036] 第一組件124具有位于其外圓柱形表面132上的第一螺紋130。螺紋130與在外 管2端部的螺紋結(jié)構(gòu)120是互補(bǔ)的。第一組件具有半徑寬于螺紋130半徑的圓柱形栓134。 栓134也具有螺紋136。栓134的螺紋136旋擰入設(shè)置于第二組件126中的內(nèi)螺紋138,螺 紋138環(huán)繞在第二組件126的孔內(nèi)，內(nèi)管延伸穿過(guò)該孔。
[0037] 圖13更詳細(xì)地展示了第二組件126并從圖12所展示的相反一側(cè)展示了組件126。
[0038] 第二組件126還具有環(huán)形肋142,其作用為當(dāng)組件126旋擰在組件124上時(shí)分散容 納在已組裝的第一組件的空腔內(nèi)的液態(tài)密封劑化合物，并且有助于兩組件彼此密封以便阻 止熱傳導(dǎo)流體/液體從它們之間流失。
[0039] 圖14展示了使用中的冷凝器。它展示了一種常規(guī)的鐵架146,其帶有夾具148,夾 具上帶有指部149?？梢钥闯鰥A具148能構(gòu)夾持由外管外部肋片的末端構(gòu)成的外圓柱形表 面/包絡(luò)。需小心操作以防夾具夾持過(guò)緊并使肋片變形，但使用現(xiàn)有的鐵架裝置夾持冷凝 器是容易的。
[0040] 圖15展示了其管壁上帶有中空凹痕150的玻璃內(nèi)管1。凹痕形成了向內(nèi)管內(nèi)部的 空間156內(nèi)延伸的凸起154,欲被冷凝的蒸汽存在于其中。凹痕也在內(nèi)管1的外壁上形成了 腔158,熱傳導(dǎo)流體/液體（典型為水）擴(kuò)散至腔內(nèi)。這同時(shí)輔助了蒸汽與內(nèi)管之間，以及 內(nèi)管與環(huán)繞其周圍的熱傳導(dǎo)流體/液體之間的熱傳導(dǎo)。
[0041] 由圖17可以看出，凸起154延伸至接近，但未接觸內(nèi)管的中軸線-它們中途停止。 有兩套凸起，第一套和第二套，第二套與第一套交錯(cuò)并繞中軸線旋轉(zhuǎn)了 45度。
[0042] 圖15展示了一個(gè)光滑、無(wú)凹痕的區(qū)域160,其處于內(nèi)管1的一端，鄰近毛玻璃接頭 162。端部密封件122在小區(qū)域160處密封至內(nèi)管。
[0043] 在此，當(dāng)我們涉及冷凝氣體時(shí)，我們也包括冷凝蒸汽。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種冷凝氣體的方法，包括使氣體通過(guò)本發(fā)明第 一方面的冷凝器的內(nèi)管的孔道，氣體溫度比外管溫度高。
[0045] 因此，這提供了一種不需要持續(xù)流水來(lái)冷凝氣體的方法。
[0046] 典型地，該方法將包括收集由冷凝氣體而形成的冷凝物。氣體可為或選自其中一 種溶劑，如甲醇、乙醇、異丙醇、乙醚、四氫呋喃、乙酸乙酯、二氧六環(huán)、庚烷、乙腈、甲苯、丙 酮、二氯甲烷或氯仿。
[0047] 如果無(wú)需使用持續(xù)冷卻流體/液體通過(guò)外管和內(nèi)管之間的空腔，我們將不會(huì)消耗 大量冷卻劑（例如，水）。我們的發(fā)明涉及的冷凝器類型，不是依靠液體冷卻液流動(dòng)系統(tǒng)來(lái) 帶走熱量。在絕大多數(shù)情況下，我們的冷凝器是風(fēng)冷式冷凝器。我們不打算排除使用者將 冷凝器置于非空氣的流體（例如，在水浴里）的情況。
[0048] 我們?cè)O(shè)想可能改進(jìn)用于實(shí)驗(yàn)室化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的空氣冷凝器。在內(nèi)管和外管之間 保留熱傳導(dǎo)流體（而不是像利氏冷凝器那樣帶有流動(dòng)的流體）節(jié)約水/資源。我們制造了 一種更佳的風(fēng)冷式冷凝器。由11頁(yè)的表格所示結(jié)果可以看出。外部裝置肋片（可選為內(nèi) 部）的擠壓成型的金屬管（優(yōu)選為鋁）具有較玻璃更好的向空氣導(dǎo)熱的能力，但金屬管用 以與熱腐蝕性蒸汽接觸是不可取的。玻璃內(nèi)管具有可接受的熱傳導(dǎo)性能，尤其當(dāng)利用液體 與其接觸以使其與金屬外管熱耦合時(shí)，且其能構(gòu)承受化學(xué)蒸汽。我們?cè)O(shè)想通過(guò)這種簡(jiǎn)約的 組合，我們可以制作更佳的風(fēng)冷式冷凝器。
[0049] 以下，結(jié)合附圖通過(guò)舉例來(lái)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中：
[0050] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的冷凝器；
[0051] 圖2是圖1所示冷凝器沿A-A方向的剖面圖；
[0052] 圖3是圖2中區(qū)域B的放大圖；
[0053] 圖4是圖2中區(qū)域C的放大圖；
[0054] 圖5是穿過(guò)圖1所示冷凝器的外管方向的剖面圖；
[0055] 圖6是圖5中區(qū)域B的放大圖；
[0056] 圖7是圖1所示冷凝器任一端部的密封件常規(guī)第一部件的透視圖；
[0057] 圖8是圖1所示冷凝器頂端供使用的密封件第二部件的平面圖；
[0058] 圖9是圖1所示冷凝器底端供使用的密封件第二部件的平面圖；
[0059] 圖10是不同溶劑適用的冷凝器的圖表；
[0060] 圖11是一個(gè)示范安裝的透視圖；
[0061] 圖12是一個(gè)實(shí)施例中冷凝器的端部密封件；
[0062] 圖13是圖12所示端部密封件中一個(gè)組件的細(xì)節(jié)圖；
[0063] 圖14是使用本發(fā)明的另一種方式；
[0064] 圖15是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中內(nèi)管的剖面圖；
[0065] 圖16是圖15所示內(nèi)管局部的平面圖；以及
[0066] 圖17是圖16所示內(nèi)管沿XVII-XVII方向的剖面圖。
[0067] 附圖展示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的冷凝器100。熱交換器包括被外管2環(huán)繞的 中心內(nèi)管1。
[0068] 我們?cè)O(shè)想我們的冷凝器在實(shí)驗(yàn)室中使用，人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中嘗試合成或分離化學(xué) 品。典型地，它將被用于冷凝或回流，從熱的化學(xué)反應(yīng)器皿，例如燒瓶，中分離的蒸汽。
[0069] 內(nèi)管1使用硼硅玻璃形成。它具有內(nèi)孔道3以使待冷凝的氣體通過(guò)。內(nèi)管具有頂 端4和底端5。內(nèi)管1具有多個(gè)突起6延伸至孔道3內(nèi)，如韋氏冷凝器的樣式。
[0070] 外管2使用擠制鋁材形成，因此沿其多數(shù)的長(zhǎng)度方向都具有一致的橫截面。其由 帶有內(nèi)孔道8的圓柱形外殼7形成。向內(nèi)孔道8內(nèi)延伸有多個(gè)內(nèi)肋片9 ;在本實(shí)施例中，環(huán) 繞外殼7圓周均勻分布有45個(gè)這樣的肋片，沿外殼7的長(zhǎng)度延伸。肋片徑向地延伸入內(nèi)徑 8內(nèi)，其內(nèi)部肋片長(zhǎng)度一致，從而形成圓柱形通道10,該通道被內(nèi)管1占據(jù)。
[0071] 因此，在內(nèi)管1和外管2之間限定了空間11，內(nèi)肋片9向空間內(nèi)延伸。該空間被液 體12充滿，與內(nèi)管1和外管2接觸，液體12被用作熱傳導(dǎo)液體。因此，熱量能夠容易地從 內(nèi)管1經(jīng)由液體12傳導(dǎo)至外管。液體具有良好的熱傳導(dǎo)性能，可為水。此處的"充滿"液 體不意味著必須完全充滿：我們也設(shè)想到部分充滿，但也可指完全充滿，或近似情形。
[0072] 為了使傳導(dǎo)至外管2的熱量消散，外管2設(shè)有沿圓柱形外殼7長(zhǎng)度方向延伸并從 圓柱形外殼7外表面14徑向向外延伸的外肋片13。在本實(shí)施例中，環(huán)繞外殼7圓周均勻分 布有60個(gè)這樣的外肋片13。外肋片具有增加外肋片表面積的脊?fàn)钶喞ǜ綀D中圖6有更 多細(xì)節(jié)展示），增進(jìn)了從外管2至外圍空氣的熱傳導(dǎo)。
[0073] 為了密封空間11，設(shè)置了頂部密封件15和底部密封件16。這些將外管2和內(nèi)管 1密封在一起，且每個(gè)密封件密封空間11的一端。
[0074] 密封件15、16各包含一個(gè)常規(guī)第一部件17。這包括一個(gè)環(huán)形塑料件，由乙縮醛構(gòu) 成。第一部件17在外徑具有一個(gè)臺(tái)階，由較窄部18及較寬部19構(gòu)成。兩部分18、19的外 周表面具有螺紋。較窄部18的螺紋與形成于外管2的對(duì)應(yīng)端部的內(nèi)孔道8上的螺紋20、21 嚙合，以便將第一部與外管2相對(duì)固定。
[0075] 第一部件17具有通孔22,內(nèi)管穿過(guò)其中。在一個(gè)實(shí)施例中（不是在其他實(shí)施例 中）內(nèi)管1設(shè)有凸出部23,其底端的直徑大于通孔22,從而凸出部23無(wú)法通過(guò)第一部件 17,而是抵住它。這可有助于使管相對(duì)彼此固定。限定在第一部件17和外管2之間的間隙 24被密封劑充滿，例如聚氨酯或是O形密封圈。
[0076] 每個(gè)密封件還包括通常為環(huán)形的第二部件25、26 ;不同的第二部件可能被設(shè)在頂 端（頂端第二部件25)和底端（底端第二部件26)。然而，兩個(gè)部件的功能是類似的。第二 部件25、26各具有相對(duì)于較寬部28內(nèi)徑更小的狹窄部27。較寬部28設(shè)有內(nèi)螺紋，其與第 一部件17的較寬部19的螺紋相嚙合，以便將兩部件固定在一起。
[0077] 狹窄部27具有內(nèi)通孔29、30 ;頂部密封件15的通孔29可比底部密封件16的通 孔30大，這是由于內(nèi)管1從頂部到底部可有不同的直徑。較窄部在會(huì)與外管的端面接觸的 面上還具有凹槽或脊31。此凹槽或脊31與圓柱形外殼7具有相同的直徑。凹槽或脊31為 限制在內(nèi)管2和第一部件17之間的密封劑進(jìn)一步提供了空位33,密封劑材料與上述討論相 同，進(jìn)一步密封了空間11。
[0078] 第二部25、26設(shè)有平面32,以使冷凝器100在置于平表面時(shí)不易滾動(dòng)。
[0079] 使用時(shí)，待冷凝氣體通過(guò)內(nèi)管1的內(nèi)孔道3,典型地從底端5至頂端4。待冷凝氣 體通常地會(huì)與其他氣體混合，例如空氣。氣體會(huì)比本地溫度高，尤其比外管2的溫度高，進(jìn) 而比內(nèi)管1的高。
[0080] 隨著氣體經(jīng)過(guò)內(nèi)管的突出6,如果內(nèi)管1低于氣體的沸點(diǎn)，氣體會(huì)冷凝并且，如果 底端5比頂端位置低，如附圖中圖11所示的實(shí)驗(yàn)組裝那樣，會(huì)因重力作用流下內(nèi)孔道3。之 后可在燒瓶101中收集。燒瓶101可為氣體從中被蒸發(fā)的原始燒瓶（這種情況下該過(guò)程為 回流）或是一個(gè)不同的燒瓶（蒸餾或蒸發(fā)）。
[0081] 然而，這會(huì)涉及向內(nèi)管1的熱傳導(dǎo)。液體（例如水）12會(huì)從內(nèi)管1將熱量經(jīng)由內(nèi) 肋片9傳導(dǎo)至外管2。熱量會(huì)經(jīng)過(guò)外管3至外肋片，在此它將被消散至本地大氣中（只要其 溫度適當(dāng)?shù)氐陀跉怏w溫度）。
[0082] 將本實(shí)施例的冷凝器100與一種直型風(fēng)冷式冷凝器及一種風(fēng)冷式韋氏冷凝器對(duì) 比測(cè)試。每種情形下，50mL不同溶劑被裝入置于設(shè)為比溶劑沸點(diǎn)高20攝氏度的加熱塊102 上的IOOmL燒瓶101內(nèi)。任一類型的冷凝器與燒瓶連接。增加時(shí)間后溶劑量減少的毫升數(shù) 記錄如下：
[0083]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于冷凝氣體的冷凝器，包括： 內(nèi)管，所述內(nèi)管具有貫穿其中的孔道； 外管，所述外管具有貫穿其中的孔道和兩個(gè)端部，所述內(nèi)管穿過(guò)所述外管的孔道；以及 位于所述外管每個(gè)端部的密封件，所述密封件將所述外管密封至所述內(nèi)管，從而在所 述內(nèi)管與所述外管之間限定了密封的空間，其中所述空間容納或適配于容納與所述內(nèi)管和 所述外管相接觸的液體。
2. 如權(quán)利要求1所述的冷凝器，其中，所述外管由金屬制成，并且在其外表面上有向外 延伸的風(fēng)冷肋片，以及向內(nèi)延伸的流體熱導(dǎo)肋片，其從所述外管的內(nèi)表面朝內(nèi)管向內(nèi)延伸， 并且其中，所述內(nèi)管由玻璃制成，在所述內(nèi)管的外表面、所述外管的內(nèi)表面和所述密封件之 間限定了封閉的流體空間，所述流體空間在使用時(shí)適配于容納熱傳導(dǎo)流體。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的冷凝器，其中所述內(nèi)管具有管壁，并有形成在其管壁的內(nèi)表 面上的突起以及相應(yīng)的設(shè)置于其管壁的外表面的向內(nèi)延伸的凹痕或凹陷。
4. 如權(quán)利要求3所述的冷凝器，其中，所述突起是中空的，所述內(nèi)管壁的外表面內(nèi)的所 述凹痕向內(nèi)延伸的程度小于所述管壁的常規(guī)厚度，所述突起在其鄰近所述管壁的區(qū)域是中 空的。
5. 如權(quán)利要求1或3或4所述的冷凝器，其中，所述內(nèi)管包括玻璃管。
6. 如權(quán)利要求2或3或4或5所述的冷凝器，其中，所述外管由金屬制成，優(yōu)選鋁。
7. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述外管有多個(gè)徑向向外延伸的肋片設(shè) 置于其外表面上，所述肋片的外部末端限定了大致為圓柱形的表面。
8. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述外管有多個(gè)徑向向內(nèi)延伸的肋片，所 述肋片從所述外管的內(nèi)表面延伸。
9. 如權(quán)利要求8所述的冷凝器，其中，所述徑向向內(nèi)延伸的肋片不接觸所述內(nèi)管。
10. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述外管為擠壓成型。
11. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，位于所述冷凝器的所述端部的所述密封 件徑向向外延伸超過(guò)所述外管的徑向范圍及其可具有的任何肋片，并且其中，所述密封件 的外圓周表面設(shè)有一個(gè)或多個(gè)平面以阻止當(dāng)其側(cè)面被放置在工作臺(tái)或類似平面上時(shí)所述 冷凝器滾動(dòng)。
12. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述內(nèi)管由玻璃制成并設(shè)有毛玻璃推入 式接頭以將其連接到常規(guī)實(shí)驗(yàn)玻璃器皿。
13. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，進(jìn)一步包括被限制在所述內(nèi)管和所述外管之 間的熱傳導(dǎo)液體。
14. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述冷凝器的所述外管是風(fēng)冷式的。
15. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述外管有多個(gè)延伸入所述空間內(nèi)的內(nèi) 肋片。
16. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述外管有多個(gè)從所述外管的外表面向 外延伸的外肋片。
17. 如權(quán)利要求16所述的冷凝器，其中，從包括外肋片和內(nèi)肋片的組中所選擇的至少 一個(gè)成員是脊?fàn)畹摹?br> 18. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述內(nèi)管在其孔道內(nèi)設(shè)有突起。
19. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述密封件中的至少一個(gè)包括適配于與 所述外管嚙合并密封的第一組件，以及適配于與所述內(nèi)管密封的第二組件，以及適配于將 所述第一組件與所述第二組件連接的連接構(gòu)件，優(yōu)選為可釋放地。
20. 如權(quán)利要求19所述的冷凝器，其中，所述外管在其端部有螺紋，并且所述第一組件 有互補(bǔ)螺紋以使所述第一組件能嚙合并密封所述外管。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的冷凝器，其中，所述連接構(gòu)件包括與所述第一和第二組 件上的螺紋相互補(bǔ)的螺紋。
22. 如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器，其中，所述第一組件密封至所述外管，并且第 二組件通過(guò)密封劑，例如硅酮，密封至所述內(nèi)管。
23. -種冷凝氣體的方法，包括使所述氣體通過(guò)如前面任一權(quán)利要求所述的冷凝器的 所述內(nèi)管的孔道，所述氣體的溫度高于所述外管的溫度。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，包括收集由冷凝所述氣體所形成的冷凝物。
25. 如權(quán)利要求23或24所述的方法，包括通過(guò)所述外管的一端將熱傳導(dǎo)液體引入所 述內(nèi)管和所述外管之間的所述空間內(nèi)，并通過(guò)固定端部密封件于所述外管的端部而將其密 封，然后使用所述包含有所述熱傳導(dǎo)液體的冷凝器來(lái)冷凝存在于所述內(nèi)管之內(nèi)的氣體或蒸 汽。
26. -種制作化學(xué)品的工藝，包括使用如權(quán)利要求1所述的冷凝器以從含有試劑的液 體中冷凝蒸汽，并且可選擇地回流被冷凝的蒸汽。
27. 如權(quán)利要求26所述的工藝，當(dāng)所述冷凝器與權(quán)利要求2-致時(shí)，包括使用常規(guī)的鐵 架及（多個(gè)）夾具來(lái)夾持所述外管的延伸曲面，所述（多個(gè)）夾具嚙合所述金屬肋片的末 端。
28. -種待適配組裝入如權(quán)利要求1-22任一所述的冷凝器內(nèi)的套件，所述套件包括： 玻璃內(nèi)管，所述內(nèi)管具有貫穿其中的孔道； 擠壓成型的金屬外管，所述外管具有貫穿其中的孔道和兩個(gè)端部，所述內(nèi)管適配于穿 過(guò)外管的孔道延伸； 用于所述外管的每個(gè)端部的密封件，適配于與所述外管相配合，以密封所述外管至所 述內(nèi)管，并且當(dāng)所述密封件被裝配時(shí)，封裝熱傳導(dǎo)液體在已組裝的所述內(nèi)管和所述外管之 間的所述空間內(nèi)。
【文檔編號(hào)】F28F21/00GK104271211SQ201380023516
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月5日
【發(fā)明者】馬修·格瑞斯, 戴維·珀金斯 申請(qǐng)人:Rb拉德利有限公司